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2013年12月10日 星期二
‧ 3S market daily news 安控產業新聞12\10\13
‧ 寬動態攝影機技術展望與應用領域分析
寬動態實際是指攝影機同時可以看清楚，圖像最亮與最暗部分的照度比值。而動態範圍廣義上說是指某一變化事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點，到最高端極點之間的區域，此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。
寬動態攝影機技術展望
前市場上銷售的高清網路攝影機，幾乎都添加了寬動態功能，難道這只是個巧合嗎？怎麼來看待這個現象呢？如果高清攝影機的 CCD 只能對明亮柔和的環境高清，而對高對比的環境看不清楚，就只能算是假的高清了。
前市場上銷售的高清網路攝影機，幾乎都添加了寬動態功能，難道這只是個巧合嗎？怎麼來看待這個現象呢？如果高清攝影機的 CCD 只能對明亮柔和的環境高清，而對高對比的環境看不清楚，就只能算是假的高清了。
寬動態技術是在非常強烈的對比下，讓攝影機看到影像的特色而運用的一種技術，很好的解決了影像感測器的動態範圍，相對人眼要窄的問題。值得注意的是，雖然處於類比攝影機時代，但是卻見證了攝影機由類比時代變遷到數位時代的整個過程。尤其是當年來自美國風靡一時的 Pixim D2025P方案，將寬動態範圍一舉推到了至今都尚未落伍的256dB 水準。
去年名聲大噪的 Exmo 背照式 CMOS 集成了多次曝光寬動態技術，和可視性增強 (VE)技術，一般來說寬動態打開後靈敏度是會降低的，但通過開啟這個功能，不僅寬動態範圍超過 120dB，達到超寬動態的驚人效果，而且相比傳統寬動態靈敏度提升了 2 倍，同時對比度也增加 4 倍，使圖像效果在低光和明暗對比強烈的環境中，得到極大增強和改善。
IP Camera 要廣泛應用，必須做到品種豐富，有低照度、紅外、高速球、背光補償、寬動態等等，系列齊全才能更好地應用到實際工程中。如果高清攝影機廠家品種少，會極大的阻礙高清監控的應用，因此寬動態高清 IP Camera 的必須性很大。
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由於自然光線的排列，是從 120000 Lux 到星光夜裡的 0.00035 Lux，室內照度為 100 Lux，而外面風景的照度可能是 10000 Lux，因此當攝影機從室內看窗戶外面，兩者對比就是 10000/100 = 100∶1。這個對比人眼能很容易地看到，因為人眼能處理 1000∶1的對比度，但傳統的安防監控攝影機則不行，因為它只有 3∶1 的對比性能。
因此，在出現明暗反差較大，或逆光的場景，應用安防監控攝影機時，會使整個圖像中明亮的區域曝光過度、較暗的區域曝光不足，而看不清圖像最亮與最暗部分。如在銀行、重要場所出入口等。因為從窗外射入的強光，和從天花板上的螢光燈照射的柔和光線，都可能對當時室內外景象的捕獲造成困難，不能同時將反差很大的室內外場景清晰地拍攝下來。
其所拍攝圖像會出現背景過亮、前景過暗；或背景清晰、前景過暗，及前景適合、背景過亮的情況。最早的解決方法，一般會採用背光補償技術，或在室內外架設兩台攝影機來適應較大的光線反差，但效果不理想。擴展動態範圍的技術隨之應運而生，即現今所說的寬動態 WDR (Wide Dynamic Range) 技術。
CCD 寬動態技術是採用特殊 DSP (數位信號處理)電路，對明亮部分進行最合適的快門速度曝光，其後再對暗的部分，用最合適的快門速度曝光，然後將兩個圖像進行 DSP 處理重新組合，使明亮的部分和黑暗的部分皆可看清。這種160倍動態範圍技術雖具有大的寬動態，實現圖像灰度的優化等優點，但其對DSP性能(特別是處理速度)要求很高。目前，由於 CCD 的特性限制，即便採用多次曝光取樣方式，攝影機的寬動態範圍也只能到 66dB。
寬動態攝影機應用領域
寬動態範圍技術在攝影機系統中的運用，使黑暗區域可以變得明亮一些，使場景中明亮區域變的更加柔和，改變了視覺效果，提供出有用的可識別的圖像。寬動態攝影機一般採用專用的 DSP 電路，它首先對明亮區域的被拍攝物體，用最合適的快門速度進行曝光，然後再對陰暗區域的被拍攝物體，用最適合的快門速度進行曝光，最後將兩個圖像用 DSP 數位信號處理晶片，將捕捉到的兩幅圖像重新組合在一張圖像上，使其擴大了可能處理的動態範圍，使得明亮區域的被拍攝物體，和陰暗區域的被攝物體都可以看得很清楚。
目前寬動態攝影機被廣泛應用在各個領域。例如，體育場館出入口、娛樂場所、停車場出入口、銀行金融領域、交通港等公共場所要點，一般對攝影機的動態範圍、照度、色彩還原度要求十分苛刻。因為在需要取證的關鍵時刻，如果因影像採集設備技術條件受限，導致對嫌疑物件無法辨識，這對整套監控系統的使用意義來說將是致命的。
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金融：應用在銀行的寬動態攝影機，主要安裝在銀行的櫃檯和大門口，由於銀行本身監控的特殊性，其櫃檯和大門如果採用普通攝影機，會常常看不清顧客面貌特徵，如果打開 BLC 功能，又會對員工的操作看不清，使用寬動態攝影機，則解決了這一前後無法兼顧的矛盾。同時，由於銀行對色彩的還原能力和清晰度的要求都比較高，所以具有高清特性，和色彩還原度較好的寬動態攝影機，更受金融行業客戶的歡迎。
高速公路收費系統：目前低照度、寬動態攝影機，用於道路監控的重點是高速公路收費監控系統，主要是對收費站車道的收費情況進行監視，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程，以及收費過程中的突發事件，和特殊事件進行觀察和記錄，以實施有效的監督。尤其是在晚上，收費站工作人員需要看清車牌，而一般情況下，車燈打開後，路上的環境照度，與車牌的照度形成了一定的動態範圍，傳統攝影機難以看清，所以對低照度、寬動態攝影機有了需求。
出入口：應用在出入口的寬動態攝影機，主要是針對在各種重要辦公大樓、工廠的大門出入口、樓道出入口、大廳出入口等，經常是室外在強烈陽光照射下，而室內光線恒定、並照度較低，光線反差很大，造成從室外走進室內的人員面部細節黑暗，看不清。具有寬動態功能的攝影機，可以很好解決室內和室外光線反差過大的問題境，使目標和背景都可以清晰呈現。
在寬動態攝影機的選擇方面，主要還是應根據實際的保全監控級別的需要，選用不同動態範圍的高清寬動態攝影機，沒有必要一味追求高寬動態。須知動態範圍越高，所產生的圖像雜訊也會越大。如金融銀行 ATM 出入口這類場所，因其保全級別較高，必須要看清人的面部特徵，這類場所就可以選用動態範圍較高的高清網路攝影機；而一般的停車場出入口，高速公路匝道則可以選擇動態範圍略低的攝影機，其更偏向於選擇低照度攝影機。
‧ 門禁掀起 NFC 技術應用熱潮 企業如何應對挑戰
根據 ABI Research的調查報告指出，2013 年全球 NFC 行動和消費電子終端的出貨量將達到 2.85 億部，預計至 2014 年，將有超過 5 億部支援 NFC 功能的終端在全球市場上使用。
NFC即近場通訊技術，由於可支援相互相容設備之間的無線資料轉輸，因此從一問市起就被視為實踐電子支付系統的理想解決方案。而拜半導體工藝和傳感技術大幅進步所賜，NFC的應用範疇正迅速拓展到定位業務、個人身份認證、健康監控、汽車電子、智慧家居等多個領域，其中，安防體系下的門禁控制系統也在最近的一段時期內掀起了一股NFC技術的應用開發熱潮。
門禁掀起 NFC 技術應用熱潮 企業如何應對挑戰
過去十年間，非接觸智慧卡在門禁控制市場得到了廣泛的應用，出現了一批市場標杆型產品，如 NXP 的 Mifare 卡和 SmartMX 控制 IC 等，恩智浦半導體智慧識別產品事業部大中華區總經理田陌晨表示，“而隨著 NFC 技術、雲技術等的飛速發展，門禁控制系統正在從非接觸智慧卡向手機等智慧終端機進行遷移。”據瞭解，目前，包括英格索蘭、SaltoSystems、亞薩合萊、卡巴 (Kabba) 等在內的一批知名廠商都積極投入到對 NFC 門禁控制系統的開發中來，以期無需依託塑膠卡片就可根據客戶要求打造差異化的產品和服務，借此樹立企業的綠色品牌形象。
NFC 將為門禁控制帶來什麼?
談到 NFC 技術對現有實體門禁控制系統的影響，HID Global大中華區行銷總監趙建邦認為，NFC 是一項適用於門禁系統的技術，這種近距離無線通訊標準能夠在幾釐米的距離內實現設備間的資料交換。通過使用配備 NFC 技術的手機攜帶可擕式身份憑證卡，以無線方式由讀卡器讀取，用戶只需在讀卡器前出示手機即可開門。“這種移動門禁控制技術提高了原有門禁控制系統的實用性和便利性。並且，人們能以新的、更有效的方式使用手機，實現各種新穎的應用，例如通過嵌入安全可靠的 NFC 標籤，來鑒別原始檔和珍貴物品的真偽。”
正是基於這一開發理念，HID Global 新一代的 iCLASS SE平台是首款 NFC 移動驗證和門禁管理解決方案的重要基石，該平臺突破了傳統的卡和讀卡器模式，可藉由虛擬憑證卡將手機作為門禁卡使用，並且為了應對不斷變更的安全挑戰，iCLASS SE 還允許用戶通過簡單的固件升級來提升安全級別，有效地滿足未來需求。另外，HID 開發的 TIP 身份驗證系統可為 NFC 技術功能的安全性提供完善的監管鏈，它能夠將讀卡器、筆記型電腦、配備 NFC 功能的手機等其他產品轉換為可信賴的身份驗證節點，無論它們處於何種位置或採取何種連接方式，都可以安全地進行資訊交換。
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| www.hidglobal.cn |
“NFC 技術將對門禁控制市場帶來深遠影響，”田陌晨也說道，“它可以實現包括遠端控制、空中授權、授權管理、門禁無卡化、智慧家居管理等更為具體的功能，為用戶提供更加便捷、安全的應用，並且對用戶門禁控制管理的成本進行優化。”在安全性方面，他指出，NFC 手機需要集成安全晶片 (SE) 來支援門禁控制的安全要求，以及與其它安防子系統(如影像監控)集成的安全認證，這也再次證明了在手機上集成安全晶片的必要性。
據介紹，目前在電子門鎖端，NXP 開發的 PN512 以及最新的 NPC100 可以很好地作為電子門鎖的非接觸讀寫晶片，與手機通過點對點通信進行交互認證;另一方面，在手機端，NXP 的 PN65O 還可和電子門鎖的非接觸讀寫器進行點對點通信，PN65O 集成的SmartMX 安全晶片可支援門禁系統，以及對接其它安防子系統的高安全需求。
破解市場應用推廣難題
然而，作為一種新興應用技術，NFC 在門禁控制系統的實際推廣中也仍然存在著需要克服的挑戰。對此，金雅拓通信事業部亞洲區消費電子產品線及中國區新產品業務總經理陳君岳詳細闡述道，一方面，由於不同的電子鎖相容的技術各不相同，包括 Mifare Classic、Mifare DESFire、SEOS (HID)、Legic 以及 Felica 等，因此在移動門禁平臺的技術互通性上存在著不小的障礙;其次，使用者之間的商業協議也有差異性，如酒店、大學、門鎖供應商、鑰匙供應商、移動網路運營商等，需要彼此協調服務供應以及運營操作。
更為重要的是，現隊段 NFC 技術在門禁控制領域的普及推廣中嚴重缺乏完善的生態系統，亟待晶片廠商與相關上下游的合作夥伴一起，共同努力來對這一市場進行開發和引導。例如，空中下載傳送需要依賴 TSM (Trusted Service Management，可信服務管理)平台，這會使門禁控制系統製造商需要自行建立 TSM 平台，然後與每一個移動網路運營商簽訂合同，部署支援 NFC 的門鎖服務，而這樣的系統建設需要時間來完善。
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| www.gi-de.com |
針對未來時間內企業級的應用模式，趙建邦認為，企業將以兩種方式配置移動門禁虛擬憑證卡，第一種是通過互聯網門戶進行的，該門戶與用來配置傳統塑膠憑證卡的互聯網門戶類型相同(行動設備通過 USB 或 Wi-Fi 鏈路連接到網路);第二種方式是通過移動網路運營商通過空中進行，類似于智慧手機用戶下載應用和歌曲的方式。這種新型移動門禁系統將通用 TSM 管理平臺無縫連接到移動網路運營商、運營商的 TSM 以及 NFC 智慧手機，同時 NFC 智慧手機將接收加密金鑰和虛擬憑證卡，並存儲在手機的 SIM 卡或微型 SD 卡等安全性群組件中。
‧ 首爾擬建議在北京設攝影機即時瞭解氣象
據韓聯社報導，韓國首都首爾市政府氣候環境本部的有關負責人，和環境部有關人員將從11日起訪問中國北京，與北京市政府有關人員討論改善大氣環境的方案。
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世界天氣監視網(World Weather Watch)
是世界氣象組織籌劃和組建的全球性氣象業務體係。
英文簡稱WWW。世界天氣監視網通過各成員的合作，
全面組織、規劃、協調有關全球氣象站網布局、
氣象觀測、氣象通信、分析預報和氣象
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首爾市政府 5 日表示，市政府計畫向北京市政府提議，即時共用雙方有關大氣情況的資訊。具體而言，首爾市將向北京市提議，及時共用對空氣中的微塵 (PM-2.5)、飄塵 (PM-10)、二氧化氮、亞硫酸酐、一氧化碳、臭氧等 6 種成分進行檢測的結果。
首爾市目前在市中心共設有 46 個空氣檢測站，通過互聯網向市民提供空氣品質資訊，並且在市中心多處設有攝影機監測空氣污染情況，可隨時通過網路獲得大氣資訊。首爾市正在研究與北京市合作的多項方案，包括：在北京市設置相同的攝影機，以在首爾即時瞭解北京的氣象情況，同時預測首爾的氣象條件；與北京市互派主管大氣環境相關工作的職員；每年輪流召開研討會，研究東北亞的大氣環境。
另一方面，首爾市政府 5 日下午4時發佈了有史以來的首次超微塵預警。據首爾市政府消息，以當天下午4時為准，直徑不到 2.5 微米的超微塵 (PM-2.5) 濃度達到每立方米 93微克，遠高於發佈預警基準的每立方米 85 微克。
‧ 葡萄牙實現全球首個完全依賴 RFID 追蹤行李傳送機場
來源：RFID世界網
葡萄牙里斯本機場沒有採用條碼作為該系統的後備，實現全球首個完全依賴 RFID 技術追蹤行李傳送的機場。這套 RFID 系統由丹麥 Lyngsoe Systems 實施，基於西門子 BHS 系統，類似香港、米蘭機場採用的系統，追蹤所有乘客登記的行李。
里斯本機場在 2004 年建立新行李傳送終端，Miranda 稱，但 2007 年乘客流量極大增加，一些航空公司開始包怨行李處理的拖延。因此，機場開展了一次廣泛的流程設計調查，分析了機場最大客戶- TAP Portugal- 的需求。
分析結果促使里斯本機場決定利用 RFID 技術，採用 Lyngsoe 行李品質自動測量系統監測行李傳送的品質。2008 年年底，機場安裝了 RFID BHS 系統，説明機場應對日益增長的行李處理需求和安全要求，提高行李處理的精確性。
據 Miranda 稱，里斯本機場處理的許多行李來自非洲和南美洲。這些國家標籤列印品質較差，很難被條碼掃描器成功掃描。新 RFID 系統包括對送到傳送終端行李的貼標。如果一件行李已經貼標，那麼它可以直接送往處理系統。這種情況非常經常發生，行李已經貼有另一個機場的 RFID 標籤，如果所貼標籤符合 IATA 規定，我們可以使用它，並寫入資訊。
如果一件行李需要貼標，它被送到一個手工編碼站（MES）。在那裡，工作人員讀取航班資訊和行李條碼標籤的序號，接著採用手持RFID閱讀器寫入標籤。
如果一位工人無法讀取條碼標籤，並將資訊寫入 RFID 標籤，他或她必須手工將資料登錄 RFID 系統，接著將行李移往正確航班的滑運道。
當行李沿傳送帶前進時，在傳送系統的 6個行李轉交點處被讀取，據 Miranda 稱。
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| www2.cpttm.org.mo |
機場及其合作夥伴在 2009 對 RFID 系統進行精確調整，現在每件行李的平均處理時間為 10 分鐘，減少了 52%。舊系統需要 30 分鐘或更多。
‧ 影像錄影儲存編碼技術應用與分析
隨著安防監控行業的迅速發展，嵌入式硬碟錄影機的優點逐漸顯露出來。一方面，錄影解析度從 CIF 格式逐漸過渡到以 D1 格式為主;另外一方面，單台 DVR 的路數從 4 路可以達到 32路。一切似乎看著都很順利，但是由於 D1 格式的巨大容量以及客戶要求的儲存時間越來越長，內建的硬碟容量難以滿足要求。所以要使用相同的容量來儲存更多的影像圖像，視訊壓縮技術在這裡起到關鍵的作用。
目前 DVR 儲存架構為攝影機類比視訊訊號輸入到 DVR 卡提供方便，由影像處理晶片將類比信號轉換成數位信號，然後傳至板卡自帶的臨時記憶體中，再由卡上自帶視訊壓縮晶片執行壓縮演算法，將龐大的影像訊號壓縮變小;最後這些壓縮後的影像訊號，直接或通過 PCI 橋晶片進入 PCI，儲存到硬碟。
這樣通過影像編解碼技術對外部輸入的圖像進行編碼，去除大量的冗餘資訊。其中冗餘資訊可分為空域冗余資訊和時域冗餘信息。壓縮技編碼技術的本質就是去掉資料中的冗餘資訊，它主要包含幀內圖像資料壓縮技術、幀間圖像資料壓縮技術和熵編碼壓縮技術。
一、去時域冗餘信息 使用幀間編碼技術可去除時域冗餘資訊，主要包括以下三個部分：
(一)運動補償 運動補償是通過先前的局部圖像來預測和補償當前的局部圖像，它是減少幀序列冗餘資訊的有效方法。
(三)運動估計 運動估計是從視頻序列中抽取運動資訊。
二、去空域冗餘信息 去空域冗餘資訊主要使用的是幀內編碼技術和熵編碼技術：
(一)變換編碼
幀內圖像和預測差分信號都有很高的空域冗餘資訊，變換編碼將空域信號變換到另一正交量空間，使其相關性下降，資料冗餘度減小。
(二)量化編碼
經過變換編碼後，產生一批變換係數，對這些係數進行量化，使編碼器的輸出達到一定的位率。但這一過程也會導致精度的降低。
(三)熵編碼
熵編碼是無損編碼。它對變換、量化後得到的係數和運動資訊進行進一步的壓縮。
目前市面上主流的 DVR 採用的編解碼技術有MPEG-2、MPEG-4、H.264、M-JPEG，而 MPEG-4、H.264是監控行業最常見的壓縮方式。
在 MPEG-4 製的統計特性來設計編碼器，屬於波形編碼的範疇。MPEG-4 則代表了基於模型/物件的第二代壓縮編碼技術，採用了新一代影像編碼技術，
MJPG-4 採用第一代影像編碼的核心技術，如變換編碼、量化、熵編碼外，還提出了一些新的有創見性的關鍵技術，如：影像物件提取技術、VOP 影像編碼技術、影像編碼可分級性技術、運動估計與運動補償技術。
H.264 是一種高性能的影像編解碼技術。H.264 是在MPEG-4 技術的基礎之上建立起來的，其編解碼流程主要包括 5 個部分：幀間和幀內預測、變換和反交換、量化和反量化、環路濾波、熵編碼。它是 1995 年自 MPEG-2 視訊壓縮標準發佈以後的最新、最有前途的視訊壓縮標準。通過該標準，在同等圖像品質下的壓縮效率比以前的標準提高了 2 倍以上，並且加入了很多先進技術，如：分層設計、高精度、多模式運動估計、統一的 VLC。
H.264 與以前的 MPEG-2 和 MPEG一4，最大的優勢是具有很高的資料壓縮比率，在同等圖像品質的條件下; H.264 的壓縮比是 MPEG-2 的 2 倍以上，是 MPEG-4 的 1.5-2 倍。同時;該編碼技術還具備：精確匹配解碼，避免錯誤累積;強大的容錯能力;時延級差，以適應更多應用環境等。所以 H.264 為當今 DVR 主流的影像編碼技術。
從目前市場來看，DVR 價格低廉，產品成熟，應用仍相當廣泛，主要應用在監控點數較少和級別要求較低的專案中。但由於編解碼設備性能的限制，一般採用硬碟順序寫入的模式，沒有應用RAID冗餘技術來實現對資料的保護。隨著硬碟容量的不斷增大，單片硬碟故障導致關鍵資料丟失的幾率在同步增長，大多數 DVR 僅帶 4-8 塊硬碟，容量極小，相容性差，無法滿足當今大碼流保存數個月的監控資料要求;另外，DVR 的架構並不具備靈活擴容的能力，甚至是無法擴容，導致有限的硬碟容量無法滿足使用者與日俱增的需求。
隨著市場需求的不斷劇增，未來 DVR 會圍繞以下幾方面發展：
(1)更高解析度。目前高檔 DVR 普遍具有 D1 編碼效果，不過仍處於發展階段，相信未來有一種清晰且又能兼顧網路傳輸的高清編碼技術，當然這也要取決於硬碟容量的發展，以及網路頻寬和成本的變革。
(2)更豐富的功能。需要更加豐富的軟體介面，便於大型系統的接入，組成綜合性的監控系統，這樣將更加有助於產品的應用和普及。
(3)更好的環境適應能力。監控環境一般都是比較複雜的，就溫度而言，其差別有可能為 -20攝氏度 -50 攝氏度，這就需要 DVR 去適應各種環境，具備更良好的性能。
(4)設備更加智慧。如採用生物辨識技術、行為分析技術、影像搜索技術等智慧化技術使設備更加智慧，實現影像監控由被動防禦轉向主動預測。
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| QNAP 4 CH. NVR |
綜上所述，目前影像監控系統主要向兩個方向發展：一是 DVR 會在產品性能以及人性化方面會做得更精，使 DVR 更加普及應用到安防行業的各個領域。二是 DVR 將會支援和匹配更多產品和設備，與 NVR 共同競爭發展，服務影像監控行業的發展。